作者

u-blox產品規劃與營銷總監，Sabrina Bochen

目前看來也許5G還沒有達到發布前所炒作的期望值，但大多數業內人士都認為，5G正處于Gartner炒作周期中的 “靜默演進” 階段。與任何重大技術遷移一樣，5G的推出必須克服各種復雜問題，而在面向消費者的應用之外，5G的采用也面臨著許多障礙。有幾個因素導致5G的推廣速度低于預期。

許多運營商面臨著市場化的挑戰，因為他們難以在5G基礎設施投資與新服務增量收入之間取得平衡。大多數運營商決定在5G非獨立（NSA）網絡上推出服務，這可能最大限度地減少了前期投資，但仍然缺乏強有力的價值主張，從而限制了增量收入。如果不對獨立（SA）網絡、毫米波和其他5G先進技術進行更廣泛的投資，運營商將很難發揮5G的全部功能。這些優勢包括更高的速度和創新的增值服務，包括網絡即服務和網絡切片。

影響技術推廣應用的其他問題還包括汽車行業等領域中關鍵應用軟件活躍度不高的問題，這些行業的法律問題和監管框架的缺失影響了自動駕駛的發展，而自動駕駛正是5G的V2X（車對萬物）功能的一個重要前景。

然而，影響5G推廣應用的最大因素之一是物聯網連接的增長緩慢。對物聯網爆炸式增長的預測是5G發展的主要推動力，尤其是其大規模機器類通信（mMTC）功能。然而，迄今為止，大多數物聯網應用仍在使用LTE連接，并連接到4G EPC（演進的分組核心網）網絡。

為解決這一問題并鼓勵發展5G物聯網生態系統，3GPP 推出了5G輕量化（RedCap）規范。本文將討論RedCap和擴展RedCap（eRedCap）將如何為5G推廣應用注入新的活力。

對物聯網的預期及其帶來的現實

截至2023年底，蜂窩物聯網連接總數達到約34億，預計到2029年將超過60億，如圖 1 所示。

圖 1：2023年底蜂窩物聯網連接總數達到34億個

資料來源：愛立信移動報告，2024年6月

盡管增長勢頭良好，但許多物聯網應用開發人員仍在猶豫是否要利用5G連接功能。物聯網設計要求目前主要由 LTE規范涵蓋：LTE Cat 4、LTE Cat 1、LTE Cat 1bis、LTE-M以及NB-IoT標準。LTE Cat 1和Cat 1bis 針對需要中等數據速度的應用，能夠支持下行高達10 Mbps和上行高達5 Mbps的視頻流。

LTE Cat 1bis是成本最低、全球可用的LTE類別。LTE Cat 4涵蓋要求更高吞吐量的物聯網應用，吞吐量從幾十Mbps到幾百Mbps不等。LTE-M和NB-IoT都是低功耗廣域 (LPWA) 標準，適用于對電池續航時間要求較高而數據傳輸速度較低的應用。

LTE-M和NB-IoT通常被認為與5G是兼容的，但實際上，這兩種技術都無法連接到5G網絡，也沒有移動網絡運營商宣布進行必要的升級，使LTE-M或NB-IoT設備能夠連接到5G核心網絡。只要移動網絡運營商選擇保留這些網絡資產，這些技術就會繼續使用4G RAN和4G EPC網絡。

工業監測和控制、傳感器網絡、遠程信息處理、視頻監控和可穿戴設備等領域的許多中端物聯網應用并不需要最初5G規范的速度和延遲。在3GPP第17版于2022年6月提出RedCap規范之前，中等數據速率的物聯網應用從未有過向5G網絡遷移的明確途徑。

盡管5G調制解調器的成本預計將在未來幾年內大幅降低，但由于LTE解決方案（尤其是LTE Cat 1bis、LTE-M和NB-IoT）的成本較低，而且預計LTE網絡的使用壽命較長，因此預計許多物聯網產品向5G的轉換還將推遲三到五年。

讓我們仔細看看RedCap，該規范旨在縮小3GPP第17版和第18版中物聯網應用與5G網絡連接的差距。

5G RedCap

5G RedCap擴展了3GPP第15版規范（圖 2），解決了許多不需要全部5G先進技術的物聯網設備的問題，避免了不必要的復雜性并降低了成本。與現有的高端5G解決方案相比，RedCap能夠設計出具有成本效益的設備，提供對物聯網應用非常重要的功能，包括更低的吞吐量、更長的電池壽命、更低的復雜性和更高的設備密度，從而擴大5G的可開發市場。

圖 2：RedCap解決了3GPP第15版規范中的空白問題

5G RedCap支持介于5G eMBB和LTE-M能力之間的解決方案需求（圖 3），提供了一種中間連接。

圖 3：5G RedCap使LTE Cat 1和LTE Cat 4應用能夠遷移到5G

雖然第17版RedCap能夠使LTE Cat 1和LTE Cat 4應用遷移到5G，但它只是降低5G物聯網連接成本和復雜性的第一步。RedCap標準的進一步發展 - eRedCap - 最近已在3GPP第18版中完成，它將滿足由LTE-M和NB-IoT技術（圖 4）支持的低成本、電池供電、LPWAN解決方案的巨大市場需求。

圖 4：eRedCap可滿足目前LPWAN解決方案所服務的一些低成本、電池供電應用的要求

5G和物聯網的未來前景

首批RedCap設備預計將于2024年投入商用，兩年后eRedCap技術將出現在市場上。根據ReTHINK Research的數據1，RedCap和eRedCap將占所有蜂窩物聯網連接的30.17%，到2032-2033年，RedCap技術將超過4G LTE，成為領先的蜂窩物聯網平臺。

雖然大規模物聯網設備層面的5G可能還需要幾年的時間，但早期的5G RedCap用例預計最快將于2024年出現，其中包括消費類可穿戴設備和一些工業應用。一些行業采用5G RedCap的驅動力來自于設計面向未來的解決方案的需求，這些解決方案必須確保具有較長生命周期的資本設備能夠持續連接。采用RedCap的其他驅動因素包括在同一5G核心上提供所有服務的吸引力，以及簡化服務協調和控制。

從運營商的角度來看，RedCap是一個將之前和未來對5G基礎設施的投資時長化的機會，特別是向5G獨立網絡的過渡。

通過鼓勵物聯網連接和流量向5G遷移，RedCap成為加速5G推廣的關鍵技術之一。